● 摘要
高超声速飞行器技术的发展是一个国家科学技术实力的体现，同时也具有广阔的军事应用前景。其中，高超声速飞行器的轨迹生成与制导问题占有极其重要的地位。随着实际飞行任务的需要，早期以地面轨迹规划为基础的跟踪式制导体制已经无法跟上不断发展的科学技术要求，闭环制导已经成为高超声速飞行器技术发展的必然趋势。所谓闭环制导，即在每个制导周期内，机载计算机根据飞行器当前的位置，速度信息以及目标信息实时地给出飞行器当前所需的控制指令，它能够实时地修正飞行过程中由于外界干扰产生的误差，大大地提高轨迹精度。 本文旨在寻找一种能够快速鲁棒地求解具有强路径约束的高超声速飞行器上升段最优轨迹的算法。依据最优控制理论，原始的轨迹优化问题可以转化为一个两点边值问题，而有限差分法在求解这一类问题时效率极高。算法主要考虑飞行器的攻角大小、油门大小以及最大弯矩等三种路径约束。本文针对某种机体推进高度耦合且力学模型及其复杂的吸气式高超声速飞行器模型，设置了大量的开环和闭环仿真实例，对算法进行了全方位的测试。
首先，通过分析配点法对飞行器力学模型的描述形式需求，给出能够体现机体/推进耦合的高超声速飞行器模型；其次，利用该模型在给定的约束条件下，实现多控制变量飞行器轨迹优化，并给出不等式约束条件对最优轨迹形态的影响规律，给出发动机参数对最优轨迹形态的影响规律，最终获得不依赖轨迹初始估计的高精度轨迹优化算法及程序；最后，对已有的工作成果进行总结，并提出对后续工作的展望。